$\alpha$ 수소를 가진 알데하이드와 케톤에서는 알돌 반응이라 부르는
염기-촉매 카보닐 축합 반응이 일어난다.
염기에 의해 형성된 에놀 음이온과 다른 카보닐 화합물(친전자체)과 반응하여 형성된다.
사면체형 알콕시화 이온 중간체의 양성자첨가는 중성인 축합생성물을 생성한다.
결과적으로 새로운 C-C 결합으로 $\beta$-하이드록시 카보닐 화합물이 된다.
$\alpha$ 치환과 달리 염기는 강염기가 아닌 염기로 1당량보다는 촉매량 정도 필요하다.
알돌이란 (aldehyde + alcohol)을 의미한다.
알돌 평형은 반응 조건과 기질의 구조에 달려 있다.
일반적으로 $\alpha$ 치환기가 없는 알데하이드의 경우 축합 반응 생성물이 우세하고,
이치환 알데히드와 대부분 케톤에 대해서는 반응물이 우세하다.
반응 자리 근처에 치환기가 많을수록 생성물에서 입체 혼잡을 증가시킨다.
알돌 반응에서 생성된 $\beta$-하이드록시 알데히드/케톤은 쉽게 탈수되어
$\alpha ,\beta$-불포화 생성물 또는 콘쥬게이션 엔온을 생성한다.
염기성 조건에서는 산성 $\alpha$ 수소가 제거되고, 엔올 음이온이 형성되면서
E1cB 반응으로 OH 이탈기를 밀어낸다.
산성 조건에서는 엔올이 생성되고 OH기에 양성자가 첨가된 다음, E1 반응이나 E2 반응으로 물이 떨어진다.
이러한 알돌 탈수 반응은 반응 혼합물로부터 물을 제거하여 평형이 생성물 쪽으로 치우치도록 할 수 있다.
반응이 만약 반응물이 1가지인 동일한 카보닐 화합물이 아닌 다른 카보닐 파트너 사이에 일어난다면
결과로 4가지 생성물들의 혼합물이 얻어지며, 이는 대칭 생성물과 혼합 생성물로 나뉜다.
만약 하나의 카보닐 파트너가 $\alpha$ 수소는 없지만 입체 장애가 없는 카보닐기를 갖고 있다면
혼합 알돌 반응은에서 단일 생성물만 얻을 수 있다.
혹은 카보닐 파트너 중 하나가 다른 파트너에 비해 훨씬 더 산성이라 쉽게 엔올 음이온으로 전환된다면,
이 역시 단일 생성물만 얻을 수 있다.
dicarbonyl 화합물의 경우 염기로 처리하면, 고리형 생성물을 생성하는
분자 내 알돌 반응이 일어날 수 있다.
이때 분자 구조는 전자 배치만 바꾸면 바로 고리가 될 수 있는 상태데서
$\alpha$ 탄소(1차)가 케톤의 탄소와 이중결합을 형성하고, 물분자가 나오게 된다.
이때 형성되는 고리는 입체장애가 적은 것을 선호한다.
$\alpha$ 수소를 가진 에스터를 염기로 처리하면, 에스터 엔올 음이온이 된다.
이 엔올 음이온은 친핵체로 작용하여, 다른 에스터 분자와 친핵성 첨가반을 하게 되고
알콕시화 이온 중간체를 형성한 뒤, 에톡시화 이온이 떨어지고 ethyl acetoacetate가 된다.
에톡시화 이온은 염기로 작용할 수 있기에, 양성자를 뗴어내고 결과적으로 $\beta$ 케토 에스터가 생성된다.
이러한 두 개의 에스터 사이의 반응을 Claisen 축합 반응이라고 한다.
두 개의 서로 다른 에스터 사이의 Claisen 축합 반응은 혼합 알돌 축합 반응과 유사하게 일어난다.
한 에스터가 $\alpha$ 수소가 없어서 엔올 음이온을 형성할 수 없을 때 일어난다.
따라서 친전자체로 작용하여 혼합 $\beta$-케토 에스터 생성물을 생성한다.
이와 유사한 반응은 에스터와 케톤 사이에서도 일어날 수 있고 $\beta$-다이케톤이 합성된다.
다이케톤 에스터의 경우 분자 내 알돌 반응처럼 분자 내 Claisen 축합 반응이 일어날 수 있다.
Dieckmann 고리화 반응은 OEt 부분이 떨어지고 다른 케톤 쪽 $\alpha$ 탄소와 고리를 형성한다.
한 에스터기가 염기에 의해 엔올 음이온으로 전환되고, 다른 에스터기와 친행성 아실 치환 반응을 일으킨다.
결과로 고리형 $\beta$-케토 에스터가 생성된다.
이 생성물은 친핵치환 등으로 계속해서 알킬화와 탈카복실화가 일어날 수 있다.
친핵성 엔올 음이온이 $\alpha ,\beta$-불포화 카보닐 화합물과 반응하면
동일한 종류의 콘쥬게이션 첨가 반응이 일어날 수 있다.
이 반응을 Michael 반응이라 한다.
엔올 음이온이 입체 장애가 없는 $\alpha ,\beta$-불포화 케톤에 첨가될 때 잘 일어나고
친핵체는 $\beta$ 부분을 공격해 엔올 음이온 중간체를 형성하고 콘쥬게이션 첨가 생성물이 된다.
친핵체로 사용되는 enamine은 케톤과 이차 아민의 반응으로 만들어진다.
엔아민은 공명 구조를 띠며, 전자적으로 엔올 음이온과 유사하며 $\alpha$ 탄소가 친핵성을 띨 수 있다.
따라서 엔아민은 Michael-유사한 반응에서 $\alpha ,\beta$-불포화 카보닐 받개에 첨가되고
이 반응을 Stork 반응이라고 부른다.
특징적으로는 Michael 첨가 생성물을 수용성 가수분해로 다이케톤 화합물을 만들 수 있다.
카보닐 축합 반응은 복잡한 분자를 합성하기에 좋다.
그중, Michael 반응과 분자 내 알돌 반응이 결합한 Robinson Annulation 반응은 고리를 형성한다.
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